新塘隧道初支侵限段換拱施工技術研究

趙曉帆

（海南涉鐵建設發展有限公司，海南 海口 570100）

1 工程概況

1.1 隧道概況

海西高速公路網永定至上杭段新塘隧道位于龍巖市永定區西溪鄉與金砂鄉之間。該隧道起訖樁號右洞為YK17+848～YK19+950，長度2102 米，左洞為ZK17+843～ZK19+941，長度2098 米，屬長隧道，采用分離式雙洞四車道布置，隧道左右洞縱坡均為1.6%。整座隧道Ⅴ級圍巖1397 米，Ⅳ級圍巖1519 米，Ⅲ級圍巖1284 米（單洞）。

換拱段位于該隧道進口左洞ZK17+914-ZK17+944.4 處，設計采用Z5-1 復合式襯砌結構，初期支護參數為24cm 厚的C25 噴射混凝土，工18 鋼支撐、縱向間距0.5m/榀，施工輔助措施為F2-1 超前小導管，二襯厚度45cm，采用C30 鋼筋混凝土結構。

1.2 地形地貌條件

隧道區屬剝蝕丘陵地貌，地面起伏大，天然山坡坡度約20°～45°，山脊（頂） 陡峭。進口處地面高程310.0～315.0m，出口處地面高程345.0～350.0m，隧道軸線最大海拔標高470m，植被發育。進口段自然坡度30～40°。

1.3 工程地質、水文地質條件

該換拱段距離洞口71 米，洞頂覆蓋層約30 米，為第四系殘坡積層（Qel-dl），下伏震旦系樓子壩組（Z1l） 變粒巖、燕山早期侵入花崗巖及其風化層，未見破碎帶、節理密集帶、滑坡、崩塌等不良地質發育，無地表水系經過，地下水主要為基巖裂隙水及構造裂隙水。從實際開挖揭示的地質條件看，圍巖巖性主要為全風化變粒巖，以軟巖為主，風化劇烈、無自穩能力、巖體以砂土狀結構為主、手捏易碎，圍巖水理性差，遇水易軟化、崩解、坍塌，地下水以線流狀出水為主。

2 初支侵限過程及處理措施

該隧道左洞于2017 年8 月14 日以CD 法進洞，掘進30米后改變更為三臺階+預留核心土法。2017 年11 月中上旬連續降雨天氣較多，11 月14 日晚突降暴雨，現場監控量測發現15 日當天拱頂最大沉降量達-8.1mm、-10.1mm，經現場勘查截水溝多處開裂，洞頂地表出現多條橫向裂縫（與隧道軸線方向垂直），延伸長度達30 余米，寬度3-7 公分，深度1米（洞頂地表開裂情況如圖1 所示）。

經多方討論，立即停止掌子面掘進后進行小導管注漿加強，洞頂地表裂縫采用黏土+水泥漿封閉，并持續監測洞內及洞頂變形情況。經后續監測發現未施工仰拱段變形扔在持續，而完成仰拱段變形則趨于穩定，且因掌子面圍巖性質較差、上臺階拱腳位置受水浸泡更加受力不足，故多方一致同意在變形段加強持續觀測的同時，掌子面繼續向前開挖，仰拱向前推進，盡快將初支封閉成環，二襯采取跳模施工的方式，留出侵限段待變形穩定后再進行拆換作業。

至初期支護監控量測變形趨于穩定后（拱頂沉降變形曲線如圖2 所示），采用激光斷面儀掃描發現ZK17+914-ZK17+944.4 段內多處侵限已超過設計及規范限值，其中左側侵限5-28cm，右側侵限尤為突出，最高達33-50cm，故需對初支進行換拱處理，典型侵限斷面如圖3 所示。

3 施工方案

3.1 總體思路

換拱作業期間掌子面開挖暫停、噴混封閉，采用加固的全斷面初支臺車作為換拱作業平臺，拆除作業嚴禁爆破，以履帶式破碎錘為主，輔以人工風鎬配合，重建初期支護型式與原設計一致。

總體思路是“先加固、后拆換”、“一次拆換一榀，逐一順次拆換”，其次換拱后，欠挖一次處理到位，防止換拱完成后出現二次侵限。

3.2 換拱施工流程

換拱段兩端先施作二次襯砌，確認換拱段落初期支護封閉、完成仰拱及仰拱填充施作、變形收斂穩定→施作臨時支撐→換拱地段徑向注漿→注漿效果檢測→換拱部位施作超前小導管→分單元鑿除侵限段初期支護（1 榀） →開挖并安裝型鋼鋼架→噴射混凝土→下一循環處理。

3.3 施工方法

根據激光斷面儀測量結果，換拱以拱墻全環換拱為主，1、7 拱架單元及仰拱以下初支經測量未侵限、不需拆換，換拱時每榀鋼架拆換順序為：3-4-5-6-2 或5-4-3-2-6，如圖4 所示。

1） 施作徑向小導管。因原初期支護施工過程中已采用F2-1 超前小導管進行注漿處理（每循環33 根，環向間距0.5m，L=5m，Φ50mm），大部分圍巖已與漿體形成固結整體，故換拱實施過程中需根據開挖情況及監控量測情況，有針對性地進行注漿處理。經查驗注漿過程記錄及小開口破除檢驗，初步確定注漿段落為ZK17+927-ZK17+935 段。

采用L=5m、Φ50mm 注漿小導管，沿拱墻徑向打設，間距1m（環向） ×1m（縱向），注漿材料采用P.042.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比1:1，注漿壓力1.0~1.2MPa。注漿完成后，先進行注漿效果效果檢查，檢查孔數量為鉆孔數量的3%~5%，且不小于3 個，同時結合監控測量數據，確保巖體形成固結整體，變形無擴展跡象后方可進行換拱處理。

2） 拆除初期支護混凝土。拆除時主要采用履帶式破碎錘對初支混凝土逐榀分塊破除，輔以人工風稿配合，采用氣割割除原注漿小導管、拱架與拱架間的連接筋和鋼筋網，確保不破壞既有拱架受力，不損傷已重建的初支。拆除的拱架卸落時注意控制方向，下方嚴禁人員靠近。

因一次僅拆除1 榀拱架，且由于初支侵限數值大、擴挖深度大，導致作業空間極為有限，故擴挖基本輪廓采用破碎錘錘頭代替挖掘機挖斗擴挖至要求輪廓為主，在測量人員全程測量指導下，局部由人工開挖到位，重建支護預留變形量調整為15cm。擴挖后對巖面進行混凝土初噴，以防止局部掉塊。初支拆換施工過程中，由專人全程值守，避免意外情況。

3） 架設型鋼拱架及噴射砼。每拆除完成1 榀拱架后，盡可能減少圍巖的暴露時間，及時架設新的工18 型鋼拱架，縱向間距保持原設計50cm 不變。為增強拱腳及拱架單元連接板等薄弱位置抵抗變形能力，替換原鎖腳錨桿，在拱腳及拱架單元連接板位置各打設2 根Φ50mm 注漿小導管，單根長3.5m，向下呈45°角打設，注漿材料、配比、壓力與注漿小導管相同，并與拱架焊接牢固，形成整體受力結構。鋼筋網、連接筋安裝時注意預留10cm 長的相鄰搭接位置，復噴混凝土24cm。

4） 二襯施工。初支拆換縱向順序為小里程向大里程方向逐榀順序拆換，拆換過程中，一段（滿足二襯施工10m 長度，二襯臺車長度為12m） 拆換完成后，進行初支斷面掃描，合格后立即組織施工二襯，二襯施工過程中初支拆換暫停，二襯每環長度10m，總計3 模。同時為保證隧道施工質量、安全性符合設計及規范要求，對于換拱段內二次襯砌設計進行加強：二襯主筋縱橫向間距保持不變，將鋼筋型號由Ф22 變更為Ф25，模筑混凝土提高一個標號，采用C35 防水砼。

4 結語

新塘隧道依以上處理措施和換拱工藝，確保了施工過程中作業人員的安全，并順利完成換拱作業，經檢測重建初支斷面凈空全部滿足設計及規范要求。

通過梳理在初支急劇變形過程中所采取的處理措施，以及換拱過程當中的安全、質量控制要點，意在為在處理軟弱圍巖隧道換拱作業時提供一個可借鑒參考的案例。